据科普中国消息，家里卫生间墙上有时候会有一些小飞虫，相信大家对下面这个图并不陌生。
明明关紧了门窗，却还是会发现这种小飞虫，图片来源：pinterest
这种小飞虫是蛾蚋科的，具体来说，要么是白斑蛾蚋，要么是星斑蛾蚋。
你会发现，它们一般都出现在潮湿的地方，而且很不容易被打死。看见它们的时候，停在墙上半天也一动不动，刚想过去给一巴掌，就马上跳到另一边墙上，十分讨厌。
蛾蚋成虫。图片来源：Lyle J. Buss， UF/IFAS
不仅如此，它身上还携带着一堆病原体。有科学家捉了一些蛾蚋，对它们进行检测，发现存在大肠杆菌和沙门氏菌。很明显，蛾蚋与蚊子、苍蝇一样，对人类来说是害虫。
令人烦恼的是，只要关好门窗，蚊子和苍蝇基本上就不会再飞进来了，但蛾蚋不一样，你的门窗关得再严都没用，因为它们是从下水道飞上来的。
如果不信的话，你可以在下水道上方贴上胶带，过一天再取下来，很可能会发现上面粘有蛾蚋。图片来源：参考文献［2］
01
为什么蛾蚋喜欢待在下水道里？
因为在洗碗的时候，各种细小的厨余垃圾会被冲进下水道，这个过程中难免会有一些残羹剩饭和一些有机物留在管壁，形成黏糊糊的“营养薄膜”（biofilm），这就成了蛾蚋幼虫最好的食物。
而且蛾蚋的卵需要附着在湿润的表面上，下水道管壁的表面就成了最容易滋生蛾蚋的地方。通常来说，蛾蚋一次会产下 15 ~ 40 个卵，多的也会有上百个。
蛾蚋的卵是半透明的，而且很小，长度一般不会超过 1 毫米。
蛾蚋的生长周期。图片来源：Semantic Scholar
02
那问题来了，我们冲水的时候
为什么不会把这些小飞虫冲下去？
一位科学家（Nathan B. Speirs）对这一现象很好奇，于是进行了一些研究。但说出来你可能不信，他的研究方向并不是昆虫学，而是流体力学。
为了更好地了解蛾蚋的体表和毛发结构，在拿到实验样本之后，他做的第一件事就是用电子显微镜检查蛾蚋的形态特征。
在一次次放大电子显微镜镜头倍数后，蛾蚋翅膀的细节越来越清晰，图片来源：参考文献［3］
通过一次次放大电子显微镜的镜头倍数，我们可以清晰看到，蛾蚋翅膀上布满了密密麻麻的倒钩，每根倒钩的间隔在 4.28 微米左右。在翅膀的边缘处也有细细的绒毛，每根绒毛放大后还有倒刺的结构。
翅膀边缘的绒毛和绒毛上的倒刺，图片来源：参考文献3
在它们的腿毛上也可以发现同样的倒刺结构：
蛾蚋腿毛上的倒刺结构，清晰可见，图片来源：参考文献3
03
遍布蛾蚋身体的密密麻麻的倒刺有什么用呢？
可以肯定的是，倒刺不是用来防御潜在的捕食者的，因为微米级的倒刺根本伤害不到谁。
倒刺实际的作用在于让蛾蚋体表产生超疏水性。疏水性和亲水性相反，“亲水”简单理解就是和水有亲和力，相互吸引，“疏水”是指和水相互排斥。
荷叶出淤泥而不染的特性就是与荷叶上的疏水结构有关，这些疏水结构具体来说，就是荷叶表面上大量的微米级蜡状微乳状液结构。
荷叶表面微米级蜡状微乳状液结构，图片来源：Barthlott
每个乳突上分布着大量的纳米级细支化结构，图片来源：Barthlott
另外，荷叶上还有很多的蜡状细微管子：
荷叶上的蜡状微管，图片来源：Barthlott
正是荷叶上这些密密麻麻的微突结构，让水滴在接触到荷叶的一瞬间，几乎呈球形，可以在各个方向上滚动，带走荷叶表面的灰尘，却不留下任何痕迹。
普通表面（左）和疏水表面（中、右）的区别。水滴接触到表面后有大于90度的倾斜角被称为疏水结构，大于150度则被称为超疏水结构，图片来源：Wikipedia
蛾蚋身上的那些微米级倒刺也是一样的道理，不过光是有微突结构还不够，材料也得跟上才行。
疏水的材料表面有一个共性，就是低表面能。
如果一种材料的表面能很高，意味着它表面有较强的化学键，因此更容易吸引液体润湿表面，低表面能则不容易润湿表面，这就是低表面能材料疏水的原理。
图分别为非润湿（接触角为180°），润湿（接触角<90°）和完全润湿（接触角为0°）。（接触角是连接固液界面和液气界面的角度），图片来源：Wikipedia
蛾蚋体表细毛的成分主要是甲壳素，这种物质有低表面能，因此有很强的的疏水性，只溶于特定溶剂。
经过计算，蛾蚋体表的疏水结构在碰到水后可以产生 175° 的接触角，这不仅是疏水结构，还是超疏水结构。
为了验证这点，科学家做了两个小实验：
将一滴水放到蛾蚋身上后的情况，图片来源：参考文献［3］
首先是将一滴水放到蛾蚋身上，可以看到产生了 175° 的接触角，水不会沾在它身上，只会变成水滴滚落。
虽然蛾蚋体表疏水，但不疏油。前面说了甲壳素溶于特定溶剂，所以第二个小实验是将一滴硅油放在蛾蚋身上，它会马上浸润蛾蚋的身体。
将一滴硅油放在蛾蚋身上后的情况，图片来源：参考文献［3］
通过电镜，可以更清楚地观察水滴和蛾蚋身上绒毛的相互作用，图片来源：参考文献［3］
这就是蛾蚋不怕水的原因，因为它的体表是超疏水结构。
04
蛾蚋在面对水的时候
是不是完全无敌呢？
也不是完全无敌。
科学家用 3 种形态的水来冲击蛾蚋。
第一种是水珠。如果用水珠连续滴蛾蚋的话，它们几乎都可以保持身体干燥，并且从水滴撞击的危险处境下逃开。
当蛾蚋遇到水滴时，不会有太大的压力，图片来源：参考文献［3］
第二种是水雾。水雾是由许多直径小于 4.5 微米的水滴组成的，当这些极小的水滴接触到蛾蚋体表时，对它们几乎没有太多影响，它们拍拍翅膀振开水滴就飞走了。
水雾对蛾蚋几乎没有影响，图片来源：参考文献［3］
第三种是水流。当水流冲击蛾蚋时，在一瞬间会将其淹没，但它们很快就会浮到水面上逃走。但如果水流冲击的时间足够长，让它们长时间浸泡在水里达到 5 个小时以上，就有可能把它们淹死。实验中科学家用 5 个小时的水流冲蛾蚋，结果 4 只中有 2 只被淹死了。
虽然一瞬间被水流打到水面以下，但蛾蚋很快就浮到水面飞走了，图片来源：参考文献［3］
由此可见，蛾蚋在面对各种形态的水体威胁时，都具有很强的适应性。现实中，开水龙头冲水几个小时不太现实，这也是下水道管壁上的蛾蚋不会被冲走的原因。
05
怎么做才能根除这些小飞虫呢？
如果想要根除这些讨厌的小飞虫，就得除掉它们的营养来源，也就是下水道管壁上的“营养薄膜”。对此，最简单的办法是：先用刷子刮掉，然后用刚煮开的沸水冲洗（每天倒入下水道 1 ~ 2 次，持续 1 周）。
消除小飞虫的操作示意，图片来源：Treehugger
最重要的是，一定要记得经常清洁下水道，不要偷懒！
参考文献：［1］http：//wiki.nus.edu.sg/display/TAX/Clogmia+albipunctata+-+Bathroom+fly［2］Griffith T， Gillett-Kaufman J. Drain Fly Psychoda spp.（Insecta： Diptera： Psychodidae）： EENY716/IN1226， 10/2018［J］. EDIS， 2018， 2018（6）
［3］Speirs N B， Mahadik G A， Thoroddsen S T. How drain flies manage to almost never get washed away［J］. Scientific Reports， 2020，10（1）：17829.
作者：苏澄宇